一种热管的自泄压方法与流程

本发明属于一种换热装置，具体地涉及一种热管的自泄压方法。

背景技术：

热管是一种具有高导热性能的传热组件，热管技术首先于1944年由美国人高格勒(R·S·Gaugler)所发现，并以“热传递装置”(Heat Transter Device)为名取得专利。

热管的导热系数是一般金属材料的数百倍乃至上千倍，它可以将大量热量通过很小的截面积远距离传输而无数外加动力。

参照图1传统热管结构示意图，图2热管工作原理示意图，一般热管由管体，吸液芯，工作液体组成，热管内部是一个封闭的空间区域，该空间区域被抽成负压状态，内部有工作液体(工作介质)，其工作是利用工作液体在蒸发段吸热蒸发后在冷凝段放热冷凝的相变过程来使热量快速传导，冷凝后的工作液体通过管体内部管壁上的吸液芯回到蒸发段。

传统热管虽然有着很高的导热性，但是也有一些特性同样限制了热管技术的应用和发展，如图8所示，传统热管在使用中随着操作温度的逐渐提升会出连续流动极限、冷冻启动极限、粘性极限、声速极限、携带极限、毛细极限、冷凝极限、沸腾极限等问题。

在热管操作温度持续升高时，热管内工作液体相变成的热蒸汽也会逐步增加，如果得不到有效冷凝和有效泄压，则热管内热量和压力会持续增大，压力过大会出现热管爆裂，工作液体泄露的安全隐患,温度过高会出现冷冻启动极限等恶劣工作环境，而现有技术热管散热器采用增加传统热管使用数量从而进行热管内部热蒸汽冷的冷凝，这样的处理冷却方式不仅造成整个热管组成的散热器体积变大，占用空间，而且造成使用成本的增加。

如中国专利申请公布号为CN 103775879 A,发明名称为多冷端的玻璃热管LED灯具中对应用于LED灯具的玻璃热管冷凝段冷凝效果不足问题提出了采用多冷端的外形结构，而该外形结构相对与传统热管结构只是增加了冷却端的数量，使热蒸汽同 时进入各多冷端，只能做到使各冷却端同步冷却来降低工作温度而已，对热管内热蒸汽压力的过大，工作液体液面不能变化使压力不能释放而起不到自动泄压的调节作用，而且该外形结构热管只用于如热源热量较低的LED灯具领域，当用于工业循环水冷却，空调循环水冷却如冷却塔等热源热量很高的领域中，会很快达到热传递动态饱和状态，压力无处释放导致工作操作温度过高会出现如图8所示的冷冻启动极限等恶劣工况，使热管热传递效率严重降低，影响设备的安全平稳使用。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供及一种热管的自泄压方法，它能提高制冷效率，大面积范围提高降温效率，可以广泛应用于工业循环水冷却，空调循环水冷却如冷却塔，空调制冷等热源热量很高的领域中，它节能无污染，安装使用方便，生产使用成本低。

本发明采用的技术方案为：提供一种热管的自泄压方法，它是在已知热管的直管上设置有与管体连通的泄压腔体，直管内的工作液体在工作前液面高度高于泄压腔体与直管连通口的顶端；当蒸发段吸热时，随着热量的增加，热蒸汽上升进入直管的冷凝段，随着直管的热蒸汽膨胀压力增大，热蒸汽会将工作液体挤入泄压腔体，打破原有过热饱合极限，使热传导效率恢复到工作状态，完成泄压冷凝，随着热管热功率的要求不同，可以在直管上设置有与直管连通一个或多个泄压腔体。

一种自泄压热管，它包括已知热管的直管结构，其特征在于：所述的已知热管的直管上设置有与管体连通的泄压腔体。

所述泄压腔体是多个相互独立的泄压腔体，它们分别与直管连通，其连通口在直管轴向上有高度差。

所述泄压腔体是多个相互独立的泄压腔体，它们分别与直管连通，其连通口在直管轴向上是等高度。

所述泄压腔体是三个以上相互独立的泄压腔体时，它们分别与直管连通，其连通口在直管轴向上既有相互有高度差的泄压腔体连通口又有相互等高的泄压腔体连 通口。

所述泄压腔体与直管的冷凝段管体结构相同，即泄压腔体与直管的冷凝段都可以是管体结构，或管体内部都可以分别附有吸液芯。

所述直管的蒸发段管体是U形结构。

所述直管与绝热段连通的蒸发段，它一端是直管结构,另一端是径向分别连通有相互独立的管体,它们连接组合成发射形状。

所述直管绝热段有管径增大段。

所述的泄压腔体的数量是1到8个。

本发明的特点是：这种热管的自泄压方法，它是在已知热管的直管上设置有与管体连通的泄压腔体，直管内的工作液体在工作前液面高度高于泄压腔体与直管连通口的顶端；当蒸发段吸热时，随着热量的增加，随着热蒸汽上升进入直管的冷凝段，随着直管的热蒸汽膨胀压力而增大，热蒸汽会将工作液体挤入泄压腔体，打破原有过热饱合极限，使热传导效率恢复到工作状态，完成泄压冷凝，随着热管热功率的要求不同，可以在直管上设置有与直管连通一个或多个泄压腔体。所以它能提高制冷效率，大面积范围提高降温效率，可以广泛应用于工业循环水冷却，空调循环水冷却如冷却塔，空调制冷等热源热量很高的领域中，它节能无污染，安装使用方便，生产使用成本低。

下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是已知热管直管结构示意图。

图2是热管工作原理示意图。

图3是实施例结构示意图。

图4是实施例蒸发段是U形结构的管体结构示意图。

图5是实施例蒸发段有发射组合分支结构的示意图。

图6是图5所述结构局部剖视图。

图7是已知热管冷凝段与泄压腔体相同结构的局部放大图。

图8是热管工作状态下操作温度与最大传热量的关系图。

图9是已知热管直管工作状态下冷凝段管内工作状态示意图。

图10是实施例热管工作状态示意图。

图11是实施例热管工作初始状态示意图。

图12是实施例泄压腔体与管体的连通口沿管体轴向方向具有高度差的示意图。

图13是实施例泄压腔体与管体的连通口沿管体轴向方向位置等高的示意图。

图14是图12泄压时其中一个工作阶段示意图。

图15是图12泄压另一个工作过程的初始工作状态示意图。

图16是实施例三个泄压腔体结构示意图。

图17是实施例三个泄压腔体与图16不同的另一种结构示意图。

附图说明：1、蒸发段；2、绝热段；3、冷凝段；4、工作液体；5、直管；6、吸液芯；7、管径增大段；8、泄压腔体；9泄压腔体；10、热蒸汽；11、工作液面；12、连通口；13、连通口；14、真空区域；15、泄压腔体；1a与1b是图4热管蒸发段U形结构的管体的两个分支；1c是图5热管蒸发段主管体；1d是图5热管蒸发段发散结构的管体。

具体实施方式

实施例1

这种热管的自泄压方法是在已知热管的直管5上设置有与管体连通的泄压腔体，直管5内的工作液体4在工作前液面高度高于泄压腔体与直管5连通口的顶端；当蒸发段1吸热时，随着热量的增加，随着热蒸汽10上升进入直管5的冷凝段3，随着直管5的热蒸汽10膨胀压力而增大，热蒸汽10会将工作液体4挤入泄压腔体，打破原有过热饱合极限，使热传导效率恢复到工作状态，完成泄压冷凝，随着热管 热功率的要求不同，可以在直管5上设置有与直管5连通一个或多个泄压腔体。

由于已知热管如图1、图2所示，热管是一个封闭的腔体，它由直管5，吸液芯6，工作液体4组成，但已知热管内及本发明的热管内也可以没有吸液芯6，本实施例中有吸液芯6。其中工作液体4为液态，热管直管5按工作过程的不同作用分为蒸发段1，绝热段2，冷凝段3。如图1，工作状态前，蒸发段1有真空区域14，工作液体4静止贮在蒸发段1或绝热段2中，该液体具有沸点低，容易受热相变成汽态的特性，例如工作液体是液态乙醚，如图1、图2、图8、图9，直管5的蒸发段1用于对热源的吸热使工作液体4相变为热蒸汽10，冷凝段3对热蒸汽10进行冷凝从而使热蒸汽10放热后相变会液态并通过如图7所示的吸液芯6返回蒸发段1，如此循环以达到热量从蒸发段1到冷凝段3的持续传导。如图9，当冷凝段3涌入热蒸汽10持续增多，且冷凝段3冷凝效率不足时，则冷凝段3内热蒸汽10压力增大而膨胀，热蒸汽10会挤压管体四周与工作液面11将液体工作液体4向下挤压，由于传统热管结构的限制，工作液体4与热蒸汽10压力无处释放，同时伴随着热蒸汽10不能有效冷凝，则传统热管结构在操作温度过高的工作环境很有可能爆裂或出现如图8所示的例如冷冻启动极限，甚至出现沸腾极限等各种极限的不利情况，甚至导致热管停止工作。采用本发明热管的自泄压方法，工作前如图3所示直管5内的工作液体4高度高于泄压腔体与直管5连通口的顶端，当蒸发段1吸热时，随着热量的增加，热蒸汽10上升进入直管5的冷凝段3，随着直管5的热蒸汽10膨胀压力增大，热蒸汽10会将工作液体4挤入泄压腔体8，如图10所示打破原有过热饱合极限，使热传导效率恢复到工作状态，如图11所示它完成了一个工作过程，到了下一个工作过程的初始状态，依次循环完成泄压冷凝。随着热管热功率的要求不同，可以在直管5上设置有与直管5连通的一个或多个泄压腔体如图10，图12，图13，图16，图17所示。本发明所述的泄压腔体的数量一般选择在是1到8个，便于设计加工。

以下结合附图详细说明其泄压原理与工作过程，如图3，图10，图11所示，首先要明确管内热蒸汽10上升时遵循“热管的轴向导热性”的规律，如图10，蒸发段相变产生的热蒸汽10会首先进入冷凝段3，而不会分叉进入泄压腔体8的真空区域14，这是本发明的技术依据。如图10所示，当热蒸汽10在冷凝段3冷凝效果不足，且热蒸汽10持续增加，则热蒸汽10会挤压管体四周与工作液面11将液体工作液体4向下挤压，由于泄压腔体8存在真空区域14，所有可以将工作液体4挤压到泄压腔体8中，此过程伴随着工作液面11沿直管5轴向方向的不断下降，当工作液面11下降到临近泄压腔体8与冷凝段连通口12的上沿时且真空区域14没有完全充满液体工作液体4，同时冷凝段3内热蒸汽10持续增加，那么热蒸汽10会通过泄压腔体8与直管5连通口12进入泄压腔体8管内部，由于热蒸汽10密度小于液体工作液体4，导致热蒸汽10会涌入占据泄压腔体8管内的真空区域14，通过这个过程从而将热蒸汽10导入泄压腔体8管内，如图11所示，从而完成泄压，泄压过程泄压腔体8与冷凝段连通口12是一个由热蒸汽10推开而启动的一个“开关”，称之为“汽压开关”或“液面开关”，该“汽压开关”或“液面开关”实现了该热管泄压过程的自动化，操作过程简单可靠。

本发明与已知中国专利申请公布号为CN 103775879 A,发明名称为多冷端的玻璃热管LED灯具的设计理念不同，工作原理不同，由于工作前直管5与泄压腔体8内工作液体4液面等高，且工作液体4液面高度高于泄压腔体4与直管5连通口12的顶端如图3所示；所以才能形成自泄压，而已知专利只是增加了多个冷凝段，没有自泄压功能，所以本领域技术人员认为热管技术只能用于实验室或LED灯具等小发热量的领域范围,不能广泛应用于工业循环水冷却，空调循环水冷却,如冷却塔等热源热量很高的大型设备领域中,本发明打破了行业偏见，能广泛应用于工业循环水冷却，空调循环水冷却,如冷却塔等热源热量很高的大型设备领域中,扩大了热管的使用范围，它节能无污染，安装使用方便，生产使用成本低。

实施例2

这种自泄压热管如图12、图14、图15所示，所述泄压腔体是2个相互独立的泄压腔体8、泄压腔体9，它们分别与直管5连通，其连通口12、连通口1在直管5轴向上有高度差。如图12、图14中的“上”，“下”位置，所述泄压腔体8,泄压腔体9与直管5的连通口12,连通口13具有高度差，泄压腔体8与直管5的连通口12在“上”，泄压腔体9与直管5的连通口13在“下”，泄压过程中工作液体4与热蒸汽10会先进入连通口12位置靠“上”的泄压腔体8，随着压力增大，其次才会进入连通口13位置靠下泄压腔体9中，换言之，不论沿直管5连通的泄压腔体8，泄压腔体9的个数是多少，工作液体4与热蒸汽10总是沿连通口12,连通口13的位置从“上”向“下”依次进入泄压腔体8，泄压腔体9中，如图15所示，从而完成泄压过程，此时所述泄压腔体8，泄压腔体9与直管5的连通口12,连通口13成为“汽压开关”或“液面开关”。理论上可以沿直管5轴向方向设计排列无数个接口具有高度差的泄压腔体8、泄压腔体9，(意味着可以具有无数个“汽压开关”或“液面开关”)，实际应用中一般1到8个就可以满足其工作要求。工作前直管与泄压腔体内工作液体液面等高如图12所示，它的泄压过程如图14、图15所示这种结构它可扩大使用范围，提高热管热功率。

实施例3

如图13所示它的泄压腔体是2个相互独立的泄压腔体，它们分别与直管5连通，其连通口在直管5轴向上是等高度。如实施例2所述，“汽压开关”或“液面开关”是同时打开，可以使热蒸汽同时进入泄压腔体8,泄压腔体9，本结构的自泄压方法与实施例1所述泄压方法相同。该结构提高泄压的安全可靠性。

实施例4

所述管体连通有3个泄压腔体时，这些泄压腔体与管体的连通口是沿管体轴向 方向上既有高度差的泄压腔体连通口又有等高的泄压腔体连通口的结构如图16所示，直管5连通有3个泄压腔体8、泄压腔体9、泄压腔体15，直管5与它们的连通口分别是连通口12、连通口13沿直管5轴向方向的位置具有高度差，连通口13同时连通泄压腔体9与泄压腔体15，泄压腔体9与泄压腔体15与直管5的连通口13沿直管5轴向方向的位置等高(即所谓的“汽压开关”或“液面开关”的位置沿直管5轴向方向具有高度差和位置等高)。

实施例5如图17，是实施例三个泄压腔体与图16不同的另一种结构示意图。直管5连通有3个泄压腔体8、泄压腔体9、泄压腔体15，直管5与它们的连通口分别是连通口12、连通口13沿直管5轴向方向的位置具有高度差，连通口12同时连通泄压腔体9与泄压腔体15，泄压腔体9与泄压腔体8与直管5的连通口12沿直管5轴向方向的位置等高。该结构不仅使泄压腔体工作利用率提高，而且提高泄压的安全可靠性。

实施例6

如图3，图7，图12，图13，图16，图17，它在实施例2的基础上采用泄压腔体与直管5的冷凝段3管体结构相同，即泄压腔体与直管5的冷凝段3都可以是管体结构，或管体内部都可以分别附有吸液芯6。可降低加工成本，提高工作效率。

实施例7

如图4所示，它在实施例2的基础上所述直管5的蒸发段管体是U形结构。其中1a与1b是图4热管蒸发段U形结构的管体的两个分支，该结构可增大吸热面积。

实施例8

如图5所示,它在实施例2的基础上所述直管5与绝热段2连通的蒸发段1，它一端是直管结构1c,另一端是径向分别连通有相互独立的管体1d，它们连接组合成发射形状。如A-A剖视图6所示。它可以适用于不同环境，提高效率。

实施例9

如图3,图4,图5所示，它们在实施例2的基础上所述直管5的绝热段2上有管径增大段7。这种绝热段2的增大结构利于贮存大量工作液体4，保证工作液体充足，避免蒸发段过热干烧。

以上实施例中所述的热管管体即包括直管3与泄压腔体一般选用铜管或钢管材料。它即增加散热效果，又结实耐用，便于应用于较恶劣环境使用。

由于本发明直管内的工作液体在工作前液面高度高于泄压腔体与直管连通口的顶端；所以才能形成自泄压，而已知专利只是增加了多个冷凝段，没有自泄压功能，所以本领域技术人员认为热管技术只能用于实验室或LED灯具等小发热量的领域范围,不能广泛应用于工业循环水冷却，空调循环水冷却,如冷却塔等热源热量很高的大型设备领域中,本发明打破了行业偏见，能广泛应用于工业循环水冷却，空调循环水冷却,如冷却塔等热源热量很高的大型设备领域中,扩大了热管的使用范围，它节能无污染，安装使用方便，生产使用成本低。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：通过“汽压开关”或“液面开关”实现了热管的自动泄压功能，不仅有效预防了管内压力过大会出现热管爆裂，工作液体泄露的安全隐患问题，同时由于“汽压开关”或“液面开关”是热蒸汽压力推开而启动，实现了该热管泄压过程的自动化，操作过程简单可靠，并通过对泄压后冷凝段与泄压腔体内热蒸汽的同步冷却，提高了冷凝效率，使热管的操作温度处于较低状态从而有效避免工作温度过高时热管冷冻启动极限等恶劣工作环境的出现，提高了热管的耐用度与热传导效率，同时使热管散热器的整体体积变小，占用空间变少，成本减少且效率提高。

以上是结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但本发明不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识分为内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，例如本发明的热管在直管5管壁没有吸液芯6的情况下，仍然具有泄压功能与高效的热传导效率。